一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系統，此方法包括：由中央控制器控制執行以下內容：控制變質劑制備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送至半固態漿料制備設備的具有液體漿料的制備容器中；控制所述半固態漿料制備設備生產半固態漿料以及將所述半固態漿料輸送至半固態壓鑄機；控制所述半固態壓鑄機進行半固態壓鑄。本發明可以縮短制漿時間，提高漿料固體含量，使球狀晶細化、圓整，解決了常規半固態漿料制備過程固體含量偏低的問題，從而提高了半固態制漿的效率，穩定了半固態漿料的質量；并且實現了半固態壓鑄生產一體化設備自動穩定生產。
【專利說明】
一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系統
技術領域
[0001] 本發明涉及半固態壓鑄生產領域，尤其涉及一種連續半固態壓鑄生產方法及生產 系統。
【背景技術】
[0002] 20世紀70年代初發展起來的半固態壓鑄技術，使傳統壓鑄方式發生了深刻變化。 國內外學者提出了許多半固態金屬漿料制備工藝方法，如機械攪拌法、電磁攪拌法、控制凝 固法、應變激活工藝、粉末冶金方法以及其他方法等。目前很多的半固態金屬制漿方法存 在:半固態漿料固液比難控制，制備的半固態漿料球狀晶粗大，圓整度低。這些制漿方法受 制漿設備效率和半固態漿料質量穩定性的影響，沒有推廣到工廠實際的連續壓鑄生產，還 處在實驗室研究階段。
[0003] 壓鑄行業半固態生產受制于制漿設備、制漿工藝及半固態漿料質量。上述制漿工 藝的制漿設備復雜、制漿效率低，漿料固體含量不穩定，使一般的制漿工藝不能用于連續批 量壓鑄生產。本發明的半固態漿料制備方法及連續壓鑄工藝解決了半固態壓鑄生產的高 效、連續生產問題。
【發明內容】
[0004] 為了解決上述技術問題，本發明提供了一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系 統，旨在提高半固態漿料制備效率、穩定半固態漿料質量，解決半固態連續壓鑄生產問題。
[0005] 本發明提供的連續半固態壓鑄生產方法，包括：
[0006] 由中央控制器控制執行以下內容：
[0007] 控制變質劑制備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送至半固態漿料 制備設備的具有液體漿料的制備容器中；
[0008] 控制所述半固態漿料制備設備生產半固態漿料以及將所述半固態漿料輸送至半 固態壓鑄機；
[0009] 控制所述半固態壓鑄機進行半固態壓鑄。
[0010] 上述連續半固態壓鑄生產方法還可以具有以下特點：
[0011] 所述控制變質劑制備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送至半固態 漿料制備設備的半固態漿料的制備容器包括以下步驟：
[0012] 在變質劑錠加入電阻熔爐后，控制密封蓋鎖緊，控制所述電阻熔爐加熱使變質劑 錠成為溫度為液體預設溫度的液體變質劑，控制金屬模具預熱到并維持第一預設溫度，控 制所述液壓裝置關閉所述金屬模具，控制升液管將所述液體變質劑注入所述金屬模具，在 生成固態變質劑后控制所述液壓裝置打開所述金屬模具，將生成的固態變質劑通過固態變 質劑輸送裝置輸出至固態變質劑傳輸裝置，所述液體預設溫度為650~700攝氏度，所述第 一預設溫度的范圍為180~240攝氏度。
[0013] 上述連續半固態壓鑄生產方法還可以具有以下特點：
[0014] 輸送至半固態漿料制備設備的具有液體漿料的制備容器中的固態變質劑的質量 為所述液態漿料的質量的0.5~1.5 %。
[0015] 上述連續半固態壓鑄生產方法還可以具有以下特點：
[0016]輸送至半固態漿料制備設備的具有液體漿料的制備容器中的固態變質劑的質量 為所述液態漿料的質量的1 %。
[0017] 上述連續半固態壓鑄生產方法還可以具有以下特點：
[0018] 所述固體變質劑為中空半球形顆粒，每個顆粒的重量為10~20克。
[0019] 上述連續半固態壓鑄生產方法還可以具有以下特點：
[0020] 所述控制所述半固態漿料制備設備生產半固態漿料包括:控制氣冷機械攪拌設備 在所述制備容器內進行攪拌，以預設轉速攪拌預設時長，通過所述空心攪拌棒的測溫裝置 獲取所述半固態漿料的溫度，并控制所述制備容器的制備溫度使所述半固態漿料的溫度保 持在第二預設溫度;所述200~1000轉每秒，所述預設時長為10~25秒，所述第二預設溫度 為595-605攝氏度。
[0021 ]上述連續半固態壓鑄生產方法還可以具有以下特點：
[0022]所述預設轉速為800轉每秒，所述預設時長為20秒，所述第二預設溫度為605攝氏 度。
[0023] 本發明提供的連續半固態壓鑄生產系統，包括:變質劑制備設備、半固態漿料制備 設備、半固態壓鑄機、中央控制器；
[0024] 所述中央控制器，用于控制變質劑制備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質 劑輸送至半固態漿料制備設備的具有液體漿料的制備容器中；控制所述半固態漿料制備設 備生產半固態漿料以及將所述半固態漿料輸送至半固態壓鑄機;控制所述半固態壓鑄機進 行半固態壓鑄。
[0025] 上述連續半固態壓鑄生產系統還可以具有以下特點：
[0026] 所述變質劑制備設備包括電阻熔爐、密封蓋、升液管、金屬模具、液壓裝置、液壓裝 置、固態變質劑輸送裝置；
[0027] 所述中央控制器，用于根據下述方法控制變質劑制備設備生產固體變質劑以及將 所述固體變質劑輸送:在變質劑錠加入電阻熔爐后，控制密封蓋鎖緊，控制所述電阻熔爐加 熱使變質劑錠成為溫度為液體預設溫度的液體變質劑，控制金屬模具預熱到并維持第一預 設溫度，控制所述液壓裝置關閉所述金屬模具，控制升液管將所述液體變質劑注入所述金 屬模具，在生成固態變質劑后控制所述液壓裝置打開所述金屬模具，將生成的固態變質劑 通過固態變質劑輸送裝置輸出至固態變質劑傳輸裝置，所述液體預設溫度為650~700攝氏 度，所述第一預設溫度的范圍為180~240攝氏度。
[0028] 上述連續半固態壓鑄生產系統還可以具有以下特點：
[0029] 所述半固態漿料制備設備包括內置套銅管的空心攪拌棒以及制備容器;所述空心 攪拌棒內設置有測溫裝置；
[0030] 所述中央控制器，用于控制氣冷機械攪拌設備在所述制備容器內進行攪拌，以預 設轉速攪拌預設時長，通過所述空心攪拌棒的測溫裝置獲取所述半固態漿料的溫度，并控 制所述制備容器的制備溫度使所述半固態漿料的溫度保持在第二預設溫度，所述200~ 1000轉每秒，所述預設時長為10~25秒，所述第二預設溫度為595-605攝氏度。
[0031] 本發明提供的連續半固態壓鑄生產工藝，具有以下有益效果：
[0032] (1)通過在液體漿料中加入固體變質劑，同時控制變質劑的加入百分比以及與變 質劑與液體漿料的相對溫度，使得液體漿料能夠快速降溫，固體變質劑在攪拌過程中熔化 分解形成大量固體形核，使由攪拌打碎的樹枝晶快速形成細小圓整的球狀晶組織，并將最 終形成的半固態漿料中漿料固體的含量提高并一直穩定在在42~50 %左右。縮短了制漿時 間，提高了漿料固體含量，使球狀晶細化、圓整，解決了常規半固態漿料制備過程固體含量 偏低的問題，從而提高了半固態制漿的效率，穩定了半固態漿料的質量。
[0033] (2)實現固體變質劑制備、半固態漿料制備、半固態漿料壓鑄這三個步驟的聯動循 環運行，實現了半固態壓鑄生產一體化設備自動穩定生產。生產的半固態壓鑄件的內部質 量穩定，合格率提高，降低了生產成本。一體化設備連續循環進行半固態壓鑄工藝方法開拓 了半固態壓鑄生產的新模式，為半固態壓鑄行業的發展提供了新的思路。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發明中連續半固態壓鑄生產系統的結構圖；
[0035] 圖2是本發明中連續半固態壓鑄生產方法的流程圖；
[0036] 圖3是使用本發明的方法生產的半固態漿料的金相組織示圖。
[0037]附圖標識：中央控制器1，變質劑制備設備2,電阻熔爐201，密封蓋202,升液管203， 金屬模具204,液壓裝置205,固態變質劑輸送裝置206,半固態漿料制備設備3,氣冷機械攪 拌設備301，制備容器302,半固態壓鑄機4。 具體實施例
[0038]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。需要 說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。
[0039] 圖1是本發明中連續半固態壓鑄生產系統的結構圖，此生產系統包括：中央控制器 1以及均與中央控制器電信號連接的變質劑制備設備2、半固態漿料制備設備3、半固態壓鑄 機4。其中，中央控制器1控制整個生產流程，各過程動作通過數控程序和相應的感應位置開 關自動循環完成連續的壓鑄生產。
[0040] 中央控制器1控制變質劑制備設備2生產固體變質劑以及將固體變質劑輸送至半 固態漿料制備設備3的具有液體漿料的制備容器中；控制半固態漿料制備設備3生產半固態 漿料以及將半固態漿料輸送至半固態壓鑄機4;控制半固態壓鑄機4進行半固態壓鑄。
[00411變質劑制備設備2包括電阻熔爐201、密封蓋202、升液管203、金屬模具204、液壓裝 置205、固態變質劑輸送裝置206。中央控制器1根據下述方法控制變質劑制備設備2生產固 體變質劑以及將固體變質劑輸送:在變質劑錠加入電阻熔爐201后，控制密封蓋202鎖緊，控 制電阻熔爐201加熱使變質劑錠成為溫度為液體預設溫度的液體變質劑，控制金屬模具204 預熱到并維持第一預設溫度，控制液壓裝置205關閉金屬模具204,控制升液管203將液體變 質劑注入金屬模具204,在生成固態變質劑后控制液壓裝置205打開金屬模具204,將生成的 固態變質劑通過固態變質劑輸送裝置206輸出至固態變質劑傳輸裝置，其中，液體預設溫度 為650~700攝氏度，第一預設溫度的范圍為180~240攝氏度。金屬模具204包括上膜腔和下 膜腔，通過液壓裝置205控制金屬模具204開模后，上模腔可在絲杠的傳送下運行至制漿區 域，并將固體變質劑傳輸至固態變質劑輸送裝置206。
[0042]半固態漿料制備設備3包括氣冷機械攪拌設備301和制備容器302;空心攪拌棒301 內設置有測溫裝置。氣冷機械攪拌設備301包括內置銅管的空心攪拌棒，攪拌棒轉動時一定 流量和壓力的壓縮空氣間接和鋁液進行熱交換，起到鋁液降溫的作用。其中，設置氣冷機械 攪拌設備時，優選的設置為冷卻空氣壓力為3.5~4.5KPa，壓縮空氣流量為10~30L/min。
[0043] 中央控制器1控制氣冷機械攪拌設備301在制備容器內進行攪拌，以預設轉速攪拌 預設時長，通過空心攪拌棒的測溫裝置獲取半固態漿料的溫度，并控制制備容器的制備溫 度使半固態漿料的溫度保持在第二預設溫度，并且保持第二預設溫度的變動范圍在±3攝 氏度的偏差范圍。預設轉速為200~1000轉每秒，預設時長為10~25秒，第二預設溫度為 595-605攝氏度。
[0044] 圖2是連續半固態壓鑄生產工藝的流程圖。本方法包括：由中央控制器控制執行以 下內容：
[0045] 步驟1，控制變質劑制備設備生產固體變質劑以及將固體變質劑輸送至半固態漿 料制備設備的具有液體漿料的制備容器中；
[0046] 步驟2,控制半固態漿料制備設備生產半固態漿料以及將半固態漿料輸送至半固 態壓鑄機；
[0047] 步驟3，控制半固態壓鑄機進行半固態壓鑄。
[0048]下面詳細說明本方法。
[0049] 步驟1中，在變質劑錠加入電阻熔爐后，控制密封蓋鎖緊，控制電阻熔爐加熱使變 質劑錠成為溫度為液體預設溫度的液體變質劑，控制金屬模具預熱到并維持第一預設溫 度，控制液壓裝置打開金屬模具，控制升液管將液體變質劑注入金屬模具，控制液壓裝置關 閉金屬模具，在生成固態變質劑后控制液壓裝置打開金屬模具，將生成的固態變質劑通過 固態變質劑輸送裝置(可以為流槽)輸出至固態變質劑傳輸裝置。其中，液體預設溫度為650 ~700攝氏度，優選為680攝氏度，第一預設溫度的范圍為180-240攝氏度。將控制金屬模具 預熱到并維持180-240攝氏度，可以使變質劑顆粒保持在80~120攝氏度，將制漿時加入的 中空半球形變質劑顆粒很容易熔化形成固體形核，溫度保持在80~120度的變質劑顆粒在 制漿過程中能起到快速降溫的目的。
[0050] 輸送至半固態漿料制備設備的具有液體漿料的制備容器中的固態變質劑的質量 為液態漿料的質量的0.2~1.5%。變質劑加入量對球狀晶的圓整度和固體含量有一定影 響，如表1所示。
[0051 ]表1固體變質劑顆粒加入量對球狀晶圓整度和固體含量的影響
[0052]
[0053] 由表1可知，在變質劑加入量在0.5~1.5%范圍內，隨著加入量增加，半固態漿料 的球狀晶趨于圓整，固體含量比例增加，當加入量大于1%后，漿料固體含量又降低，圓整度 變差。固態變質劑顆粒最佳加入量是制漿合金量的1 %。
[0054] 固體變質劑為中空半球形顆粒，每個顆粒的重量為10~20克。
[0055] 步驟2中，控制半固態漿料制備設備生產半固態漿料包括:控制氣冷機械攪拌設備 在制備容器內進行攪拌，以預設轉速攪拌預設時長，通過空心攪拌棒的測溫裝置獲取半固 態漿料的溫度，并控制制備容器的制備溫度使半固態漿料的溫度保持在第二預設溫度;預 設轉速為200~1000轉每秒，預設時長為10~25秒，第二預設溫度為595-605攝氏度。
[0056] 攪拌棒轉速和攪拌時間對半固態鑄件的球狀晶組織和學能性能有一定的影響，如 表2所示。
[0057] 附表2攪拌速度與攪拌時間對半固態產品力學性能的影響
[0058]
[0059] 從表2的實驗數據可以看出，制漿時攪拌棒的攪拌速度和攪拌時間對半固態壓鑄 產品的力學性能有直接影響。當保溫爐鋁液溫度在670攝氏度時攪拌制漿，制漿參數:轉速 800轉每秒，攪拌20s，半固態漿料溫度為605攝氏度，該參數半固態漿料壓鑄生產的半固態 產品性能較佳。
[0060] 隨著攪拌速度的增加，半固態鑄件組織中初生固相的形貌逐漸趨于細小圓整，分 布更加均勻。其主要原因在于：（a)增加攪拌速度，有利于提高熔體在坩堝內的對流強度，對 流強度的增大可以促使合金熔體在相同的時間內達到更大的過冷度，從而更易形核，同時 增大對流強度可以促使過冷的合金熔體內部溫度場和濃度場的分布更加均勻一致；（b)當 攪拌速度較小時，枝晶與攪拌葉片、枝晶與筒壁、以及枝晶與枝晶之間碰撞的次數和強度不 夠，僅有部分枝晶被打碎。隨著攪拌速度的提高，碰撞強度和頻率將會大大增加，有利于枝 晶臂折斷，同時有利于顆粒狀晶粒尖角處的磨圓，從而轉變為近球狀晶粒。但是，劇烈的攪 拌速度會造成合金熔體卷氣嚴重，導致組織中存在較多的氣孔缺陷，不利于成形件性能的 提尚。
[0061] 圖3是本發明中生產的半固態漿料的金相組織示圖。
[0062]本發明具有以下有益效果：
[0063] (1)通過在液體漿料中加入固體變質劑，同時控制變質劑的加入百分比以及與變 質劑與液體漿料的相對溫度，使得液體漿料能夠快速降溫，固體變質劑在攪拌過程中熔化 分解形成大量固體形核，使由攪拌打碎的樹枝晶快速形成細小圓整的球狀晶組織，并將最 終形成的半固態漿料中漿料固體的含量提高并一直穩定在42~50 %左右。縮短了制漿時 間，提高了漿料固體含量，使球狀晶細化、圓整，解決了常規半固態漿料制備過程固體含量 偏低的問題，從而提高了半固態制漿的效率，穩定了半固態漿料的質量。
[0064] (2)實現固體變質劑制備、半固態漿料制備、半固態漿料壓鑄這三個步驟的聯動循 環運行，實現了半固態壓鑄生產一體化設備自動穩定生產。生產的半固態壓鑄件的內部質 量穩定，合格率提高，降低了生產成本。一體化設備連續循環進行半固態壓鑄工藝方法開拓 了半固態壓鑄生產的新模式，為半固態壓鑄行業的發展提供了新的思路。
[0065]需要說明的是，在本文中，術語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋非排 他性的包含，從而使得包括一系列要素的物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒 有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限 制的情況下，由語句"包括……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者設備中 還存在另外的相同要素。
[0066]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，僅僅參照較佳實施例對本發 明進行了詳細說明。本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改 或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范 圍當中。
【主權項】
1. 一種連續半固態壓鑄生產方法，其特征在于，包括： 由中央控制器控制執行以下內容： 控制變質劑制備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送至半固態漿料制備 設備的具有液體漿料的制備容器中； 控制所述半固態漿料制備設備生產半固態漿料以及將所述半固態漿料輸送至半固態 壓鑄機； 控制所述半固態壓鑄機進行半固態壓鑄。2. 如權利要求1所述的連續半固態壓鑄生產方法，其特征在于，所述控制變質劑制備設 備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送至半固態漿料制備設備的半固態漿料的制 備容器包括以下步驟： 在變質劑錠加入電阻熔爐后，控制密封蓋鎖緊，控制所述電阻熔爐加熱使變質劑錠成 為溫度為液體預設溫度的液體變質劑，控制金屬模具預熱到并維持第一預設溫度，控制所 述液壓裝置關閉所述金屬模具，控制升液管將所述液體變質劑注入所述金屬模具，在生成 固態變質劑后控制所述液壓裝置打開所述金屬模具，將生成的固態變質劑通過固態變質劑 輸送裝置輸出至固態變質劑傳輸裝置，所述液體預設溫度為650~700攝氏度，所述第一預 設溫度的范圍為180~240攝氏度。3. 如權利要求1所述的連續半固態壓鑄生產方法，其特征在于 輸送至半固態漿料制備設備的具有液體漿料的制備容器中的固態變質劑的質量為所 述液態漿料的質量的0.5~1.5%。4. 如權利要求3所述的連續半固態壓鑄生產方法，其特征在于 輸送至半固態漿料制備設備的具有液體漿料的制備容器中的固態變質劑的質量為所 述液態漿料的質量的1 %。5. 如權利要求1所述的連續半固態壓鑄生產方法，其特征在于 所述固體變質劑為中空半球形顆粒，每個顆粒的重量為10~20克。6. 如權利要求1所述的連續半固態壓鑄生產方法，其特征在于， 所述控制所述半固態漿料制備設備生產半固態漿料包括:控制氣冷機械攪拌設備在所 述制備容器內進行攪拌，以預設轉速攪拌預設時長，通過所述空心攪拌棒的測溫裝置獲取 所述半固態漿料的溫度，并控制所述制備容器的制備溫度使所述半固態漿料的溫度保持在 第二預設溫度；所述200~1000轉每秒，所述預設時長為10~25秒，所述第二預設溫度為 595-605攝氏度。7. 如權利要求6所述的連續半固態壓鑄生產方法，其特征在于， 所述預設轉速為800轉每秒，所述預設時長為20秒，所述第二預設溫度為605攝氏度。8. -種連續半固態壓鑄生產系統，其特征在于，包括:變質劑制備設備、半固態漿料制 備設備、半固態壓鑄機、中央控制器； 所述中央控制器，用于控制變質劑制備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸 送至半固態漿料制備設備的具有液體漿料的制備容器中；控制所述半固態漿料制備設備生 產半固態漿料以及將所述半固態漿料輸送至半固態壓鑄機;控制所述半固態壓鑄機進行半 固態壓鑄。9. 如權利要求8所述的連續半固態壓鑄生產系統，其特征在于， 所述變質劑制備設備包括電阻熔爐、密封蓋、升液管、金屬模具、液壓裝置、液壓裝置、 固態變質劑輸送裝置； 所述中央控制器，用于根據下述方法控制變質劑制備設備生產固體變質劑以及將所述 固體變質劑輸送:在變質劑錠加入電阻熔爐后，控制密封蓋鎖緊，控制所述電阻熔爐加熱使 變質劑錠成為溫度為液體預設溫度的液體變質劑，控制金屬模具預熱到并維持第一預設溫 度，控制所述液壓裝置關閉所述金屬模具，控制升液管將所述液體變質劑注入所述金屬模 具，在生成固態變質劑后控制所述液壓裝置打開所述金屬模具，將生成的固態變質劑通過 固態變質劑輸送裝置輸出至固態變質劑傳輸裝置，所述液體預設溫度為650~700攝氏度， 所述第一預設溫度的范圍為180~240攝氏度。10.如權利要求8所述的連續半固態壓鑄生產系統，其特征在于， 所述半固態漿料制備設備包括內置套銅管的空心攪拌棒以及制備容器;所述空心攪拌 棒內設置有測溫裝置； 所述中央控制器，用于控制氣冷機械攪拌設備在所述制備容器內進行攪拌，以預設轉 速攪拌預設時長，通過所述空心攪拌棒的測溫裝置獲取所述半固態漿料的溫度，并控制所 述制備容器的制備溫度使所述半固態漿料的溫度保持在第二預設溫度，所述200~1000轉 每秒，所述預設時長為10~25秒，所述第二預設溫度為595-605攝氏度。
【文檔編號】B22D17/00GK105855496SQ201610216958
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】任懷德, 張瑩, 王繼成, 李谷南
【申請人】珠海市潤星泰電器有限公司